空间发动机羽流研究技术发展综述

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1、第40卷第6期火箭推进V01．40．№．62014勾三12月JouRNALoFRocKETPRoPuLsIoNDec．2014空问发动机羽流研究技术发展综述郭敬，孔凡超，胡旭坤(北京航天试验技术研究所，北京100074)摘要：首先介绍了目前进行空间发动机羽流研究的必要性，同时说明地面试验和数值模拟方法都是研究空间发动机羽流特性的有效手段，两者缺一不可。在此基础上，总结了国内外羽流地面试验关键技术和发展状况。然后，分别总结了国内外最具代表性的空间发动机羽流试验台的组成、真空抽吸方式、主要技术指标和特点，包括美国的J2一A试验舱和CHAFF—IV试验舱，欧洲的cCG羽流污染试验舱和STG低温氦冷羽

2、流试验舱，中国的KM系列空间环境模拟器和PES地面羽流试验台。最后，介绍了与羽流地面试验相关的数值模拟技术的发展，总结了进行羽流数值模拟的模型，重点介绍了常用的DsMC方法的典型应用和基于此方法所开发软件的情况，并针对大密度羽流场和电推进发动机羽流场的特点分别总结了其进行羽流场计算的方法。关键词：空间发动机；羽流；综述中图分类号：V439—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2014106—0051一08ResearchonplumenowofspacethrustersGU0Jing，KONGFan—chao，HUXu—kun(BeijingInstituteofAerospac

3、eTestingTechnology，Beijing100074，China)Abs缸act：Thenecessityofplumeflowresearchofspacetllmstersisintroduced．Atthes锄etime，plumetestandnumericalsimulationmethodswhicha心thetwoValidwaystoresearchspaceengine’splumecharactersareelaborated．ThenthekeytechniqueanddeVelopmentofpl砌etestaresummarized．AftenVards，

4、thecompositions，Vacuumpumpingmemods，mainspecificationsandcharacteristicsofrepresentatiVeplumetestbedsincludingJ2一Ach锄berandCHAFF-ⅣfaCili够ofUSA，CCGchamberandSTGchamberofEuropean，KMspacesimulatorsandPESch锄berofChinaaresummarized．Finally，deVelopmentofthenumericalsimulationtechnologyrelatedt0plumeteston

5、铲oundisintroducedbyoVerviewingnumericaImodelsofplume，focusingonDSMCmethodaIlditssoft、Ⅳare，presentingplumecomputationalmethodsofhi曲densityplumeandelectricalpropulsiontllIusterplume．Thetechnologyoftestandnumericalsimulationofspacethmsterplumeishelp血ltoresearchtheplumeofspacethrusters．K叫words：spacethms

6、ter；plumenow；oVerview收稿日期：2014—08一13；修回日期：2叭4—08—29作者简介：郭敬(1979一)，女，博士，高级工程师，研究领域为液体火箭发动机试验技术52火箭推进2014年12月0引言随着我国航天技术的迅猛发展，空间飞行器在轨时间明显增长，飞行器上仪表分辨率和精密度不断提高，空问发动机产生的羽流效应对飞行器的影响变得越来越重要。羽流严重时会使某个系统或元件完全失效。因此，必须对空间发动机，包括化学推进发动机和电推进发动机的羽流特性进行深入研究，以确保航天器在空间工作的可靠性。当前研究空间发动机羽流特性主要通过地面模拟试验和数值仿真等手段。地面试验是在地面试验

7、室中复现所需要的空间环境，具有花费少、试验参数易于变化、易于重复试验、有大量测试仪器可供选择和可实现大量数据精确采集的优点。虽然地面羽流试验不能解决所有的高空羽流问题，但是一些关键问题可以通过高度精确的高空试验复现，是获得羽流特性和验证理论模型必不可少和最直接的手段。数值模拟的方法不仅能快速提供设计者所希望得到的数据结果，还能提供多种方案供设计者选择，成为模拟羽流十分重要的研究手段。数值模拟方法与